【《某卡瓦式节流器的零件结构设计和关键部位的计算校核》3700字】

V某卡瓦式节流器的零件结构设计和关键部位的计算校核目录TOC\o"1-3"\h\u31247某卡瓦式节流器的总体结构设计案例分析 146791.1工作原理 1159311.2节流器的装配 3269401.3各部分机构设计 4300961.3.1卡定机构的设计 468471.3.2密封结构的设计 513854第2章卡瓦节流器零件结构设计 6181552.1芯轴的结构设计 683772.2中心管的结构设计 740602.3销钉的设计 7105572.4活塞的设计 821355第3章关键部位的计算校核 9127713.1卡瓦与管壁应力计算 9326753.2薄壁筒应力计算与校核 1067463.3节流嘴嘴径计算 12163913.4井下节流优化设计 13通过查阅大量的文献与资料后设计出大管柱卡瓦式节流器的工作任务，本章节着重对其工作原理及各个机构进行详细的讲解。1.1工作原理井下节流器的主要工作原理是利用井下节流工具在油管内固定一个节流嘴，从而实现在井下油管内节流降压的技术，这样就使得气流在到达井口之前在井下充分地受到地温的热量，使得气流在节流后温度高于节流后压力条件下天然气水合物生成的初始温度。如图1.1以及图1.2所示的长庆某气井在采用井下节流前后井下压力温度的分布，我们可以看出，在采用井下节流技术后，井口到节流位置之间的压力明显较地面节流更低，从而水合物生成温度随之降低，而且在节流位置处出现了温度降低，但随着气流上升，地温加热，节流后的气体温度会逐渐回升至节流前的温度。图1.1井下节流器与地面节流器压力对比图1.2井下节流与地面节流温度对比本节流器如图1.3所示；中心管9，且包括在所述中心管9两侧分别设有坐封机构和解封机构。坐封机构包括卡瓦托4、卡瓦5、卡瓦座6、胶筒10。卡瓦被所述套筒3固定，所述套筒3不被中心管所限制。当下放时，下放一段连接到下放头处，以一个初速度下降，当节流器到达目标位置时，紧提下放端，使中心管连接的整个节流器瞬间停止运动。此时，由于卡瓦机构不被节流器本体限制，所以仍保有原来的速度下落。卡瓦由于速度关系顺着卡瓦座向两侧张开，从而与井壁接触，当接触力达到一定大小时卡瓦机构不再继续下落，此时完成了第一次卡定。此时上提下放头，所述芯轴7与上所述筒帽2带动的所述下套管12上提，压缩所述胶筒10使所述胶筒10受挤压变形。变形过程中所述胶筒10与井壁紧贴形成密封系统并实现第二次坐封。当上提力达到一定大小后剪切销钉断裂，芯轴随之抽出，完成坐封作业。解封时下放打捞器，以一定的速度下放到节流器时，抓进所述套筒3的梯形台阶下并锁定。不断震击打捞器使剪切销钉断裂使卡瓦松动，不断上提使卡瓦解封。使卡瓦钩住锁环，继续上提，将胶筒缓慢复原成原来的样子直至完全解封。此时上提钢丝绳将整个节流器提出井口完成解封打捞作业。图1.3节流器示意图1.下放头2.上筒帽1.套筒4.卡瓦托5.卡瓦座6.连接块7.芯轴8.中心套管9.中心管10.胶筒11.下管柱12.下套管11.下座筒14.防尘罩1.2节流器的装配本申请的井下节流器的装配过程为：将所述套管从下端套在所述提挂管外周面上，再将上筒帽按装配方向套装在所述套管中部的外周面上，在所述中心管安装密封圈并涂好密封脂，将所述中心管穿过所述套管的下端内周面与所述提挂管的螺纹相连接并使密封面配合密封；将所述托管的下端(带锁扣的一端)从卡瓦托的上端插入并使所述托管的径向通孔对准卡瓦托中部的环状锁球凹槽，用密封脂将锁球限制在卡瓦托的环状锁球凹槽内，将卡瓦托、托管和锁球的组合件从中心管的下端整体套入，调整好套入位置使卡瓦托上的径向剪钉螺纹孔对准所述挂环上的剪钉环槽，安装解封剪钉，将所述挂帽外螺纹与卡瓦托的内螺纹相连接；将所述卡瓦、楔形体和密封胶筒依次配套安装在所述托管的外周面；将所述锁环套装在锁环托内并将所述锁环托放入锁环托套的第一托套内，将所述胶筒托的内螺纹与所述锁环托套的外螺纹相连接后的整体套装在胶所述托管的下端，将所述锁环托套的底部的内螺纹与所述中心管底部的内螺纹相连接，并调节位置使所述胶筒托顶部与密封胶筒的低端相抵接，在所述中心管的底部装入所述气嘴(气嘴所述内孔的大小根据气井的需求可更换调整)，将所述滤网罩从所述连接帽的顶部穿过并挂在连接帽底部的连接部处，将所述连接帽上端的内螺纹与所述环托套下端的外螺纹相连接并安装所述调节稳销，最后将所述接头下端插入所述提挂管上端的内孔上段301处并安装所述剪切销钉从而完成本申请的井下井下节流器的组装。1.3各部分机构设计整体装配完成后下面进行各个部分机构设计的讲解，其中包括井下节流器的卡定机构和井下节流器的密封机构。1.3.1卡定机构的设计本卡瓦式节流器通过中心管周围的三个卡瓦所固定，如图1.4。图中只标出一扇的卡瓦；图1.4卡瓦示意图本节流器设计了3个卡瓦数量的节流器，整个卡瓦的长度为80毫米，共11个牙型角。卡瓦与中心管外管相连，并于楔形快形成了一定的夹角，通过计算算定本节流器可以完成卡定要求。1.3.2密封结构的设计本卡瓦式节流器的密封机构采用了环形胶筒，如图1.5所示；图1.5密封胶筒示意图本密封胶筒采用了氢化丁腈的材料制作；氢化丁腈橡胶具有良好耐油\t"/item/%E6%B0%A2%E5%8C%96%E4%B8%81%E8%85%88%E6%A9%A1%E8%83%B6/_blank"性能（对燃料油、润滑油、芳香系溶剂耐抗性良好）；并且由于其高度饱和的结构，使其具良好的耐热性能，优良的耐化学腐蚀性能（对氟利昂、酸、碱的具有良好的抗耐性），优异的耐臭氧性能，较高的抗\t"/item/%E6%B0%A2%E5%8C%96%E4%B8%81%E8%85%88%E6%A9%A1%E8%83%B6/_blank"压缩永久变形性能；同时氢化丁腈橡胶还具有高强度，高撕裂性能、耐磨性能优异等特点，是综合性能极为出色的橡胶之一。这也是可以使其作用到高温高压的环境中去，使其在深井环境中可以正常作业。本密封机构通过上提芯轴挤压密封圈使其压缩扩张，密封胶筒与管壁持续接合至剪切销钉断裂，此时节流器与管道之间形成了一个密封结构，达成了密封的要求。第2章卡瓦节流器零件结构设计根据上一章节所示，对节流器的总体进行了详细的解说，本章节则对节流器的各个零件进行详细的介绍。2.1芯轴的结构设计芯轴是本节流器最中心的零件结构，关系的坐封与上提的重要环节。整体设计图如图2.1所示；图2.1芯轴示意图本芯轴总长540mm，其中在中心管经内456mm，下放头共84mm。最上端为外螺纹，中间配有放置剪切销钉的孔。与中心管之间形成间隙配合。2.2中心管的结构设计中心管是气体通过的管径，也是包裹芯轴的重要零件。中心管的结构设计如图2.2所示；图2.2中心管示意图中心管柱总长552mm，其中壁厚9mm，上面的台阶端总长30mm，与上锁环形成间隙配合。2.3销钉的设计根据本节流器的放置销钉的孔径来看，需要φ4×7、φ2.4活塞的设计活塞是连接各个管柱的重要零件，而且在井下工作环境中温度过高，需要使用良好的材料进行设计。图2.3活塞示意图我们采用铝合金的材料来制作活塞，并且活塞直径D为14mm，高h为10mm的标注活塞件。本节流器设计一共需要活塞件，均装在下管柱套和中心管与楔形快的连接上。第3章关键部位的计算校核3.1卡瓦与管壁应力计算如图所示，卡瓦节流器结构在于卡定使的整体受力分析，由平面坐标系分析受力分析，可列平衡方程为：Sacosα-Sbcosα=0Sasinα+Sbsinα-p=0Sa、Sb卡瓦对楔形快的力节流器压差α锥面角度推导得：Sa=Sb=p/(2sinα)我们假设α=15°，节流压差为25Mpa，则：P=30·(r/2)2Sa=p/(2sin15°)=137KNF=Sa·cosα=132KNF油管对卡瓦的力经计算后我们发现，这种卡定方式会使卡瓦对油管内壁产生F=132kN的径向作用力，可以保证这种大管柱井下节流器可以在井下完成正常的作业。3.2薄壁筒应力计算与校核由于当节流器工作时气体在节流器管筒内流通并产生向中心管各个部位的应力，那么需要计算中心管壁是否能承受气体向管壁四周产生的应力。经检验已知筒壁周围因气体产生的均匀应力为120Mpa。如图3.1所示，横与纵截面上均存在正应力，对于薄壁圆筒，可认为沿壁厚均匀分布。·轴向应力FR=p·πCσX=图3.1从设计已知δ=2.5，所以：σX=120图3.2·周向应力2σσt=所以周向应力等于：σt=120图3.3·径向应力σσδ≤D/20σ图3.43.3节流嘴嘴径计算根据本节流器设计原理，需要根据需求生产量来设计节流嘴的面积大小。气井的合理嘴径确定主要根据气井合理产量、节流前压降、节流嘴前的上游温度确定。流体经过节流油嘴时候，会产生较大压降，当节流后的压力与节流前的压力之比达到0.55时，即达到临界限流动状态，此时任何压力波不会通过节流油嘴传递到节流嘴前（产层至节流油嘴），产量不会发生变化。此时气井产量只与节流油嘴直径有关，可以通过气井配产来合理确定节流油嘴直径。根据天然气流经过节流油嘴的流动规律，在临界流动状态下，其产量和节流嘴径存在如下关系：对于天然气单相一维流动k＝1.27~1.3之间，取k＝1.29上式可以简化为：变化形式可得合理嘴径计算公式：初步算得d=12mm。3.4井下节流优化设计常规井下节流工艺设计方法单纯针对稳定生产情况开展参数设计，首先根据天然气组分情况预测稳定生产状况下水合物生成情况，根据集气压力等参数确定井下节流气井的生产条件，对井筒温度压力和水合生成情